多層電路板上密密麻麻的線路,是硬件工程師一根一根手工畫出來的。
PCB線路畫多長?畫多寬?主要遵循以下幾點:
線路寬,通過的電流大
水管越粗,放水速度越快。
電線越粗,通過的電流越大。
PCB上的線路,就是壓扁了的電線,越粗通過的電流越大。
PCB上的線路是銅箔蝕刻出來的,有寬度,也有厚度,截面是方形。
家里裝修用的電線,5平方、10平方,這些指的是電線截面面積,平方數多了,才能帶的動大功率電氣。平方數不夠用,電線就會發熱。
PCB線路也是一樣的,如果太細了,線路會發熱,能量損耗多,線路另一端電壓下降。
為了增加PCB線路的過大電流的能力,可以加寬線路,也可以加厚線路。(普通電子產品都是1OZ銅厚,35um,電腦主板有些用2OZ銅厚,厚度70um,通過電流的能力大1倍左右)
PCB走線,相當于壓扁了的電線
線路寬度的計算公式
具體怎么計算?其實沒有標準公式,只有約定俗成的結論。
普遍設計方法是:1mm通過1A的電流。(1OZ銅厚)
這個數據是比較保守的,實際上如果做的更細一些,線路發熱雖然略多,但遠遠達不到銅線熔斷的問題。
走線寬度越寬,通過電流能力越強,線路壓降越小。但是如果每根線都畫的很寬,PCB板面積就會變得很大,通常硬件設計的時候都是按照1mm 1A電流來設計,很少有人會做的更寬。
PCB淺綠色的是線路,深綠色的地方沒有線路
普通信號線,走0.1mm寬
對于只有毫伏電壓、幾毫安電流的信號線,是不是可以做的非常細呢?
理論上可以非常細,但是受限于PCB加工廠的制程,也會有個下限。
普通電路板廠,都可以做到0.1mm的線寬和線距(4mil),所以普通信號線設計寬度都是0.1mm寬。
某些高密度電路板,如現在的手機主板,可以做到0.07mm左右的線寬(約2.5-3mil),但是不良率比0.1mm的高一些,價格也要貴一些。
(芯片基板工藝不同,可以做的更細,這里不多討論)
電源線,要計算
1mm=1A。電流更大就用更寬的線路。
例如2G通信模塊,脈沖電流達2A,一般走2mm寬。如下圖白色部分。整個電源供電采用星形走線,給射頻功放供電的部分特別加粗了。
再例如音頻功放(20w左右)的電源和輸出,功率都比較大,走線也要很寬。
電源平面,要仿真
對于現在的高速ARM處理器,例如高通的CPU等,內核電壓很低,只有1V左右,電流很大,動輒2-3A,系統工作頻率幾個GHz,就不能只依靠線路寬度來保障了。
一般采用專門的電源層,使用塊狀電源線,并做PDN仿真,把電源回路的阻抗控制在合理范圍內。
全志A64芯片的電源層的塊狀電源線
阻抗線,要計算
射頻信號的傳輸,需要線路做成50ohm阻抗的微帶線(如下圖黃色部分)。HDMI線通常要做到100ohm差分阻抗匹配。
阻抗線的寬度需要根據板材、板材厚度、銅厚等參數,由PCB板廠計算。通常會比0.1mm的普通走線更寬一些。
射頻50歐姆阻抗線
HDMI 100歐姆等長差分阻抗線
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